以三峡水库为核心的长江上游水库群陆续投用后,水库拦截大量泥沙,“清水”下泄,导致坝下游河道处于长时间、大范围冲刷下切,对河势稳定、防洪安全及供水安全等带来影响。基于实测资料分析了三峡等上游水库拦沙与长江中下游河道冲刷的关联性,得到以下结论:2003年7月1日—2021年10月31日三峡水库泥沙淤积量断面法统计结果为17.84亿m3,考虑库区区间来沙输沙量法统计为22.38亿m3,两者相对误差为25.4%,2种方法计算结果差异不大;长江中下游宜昌—大通河段累计冲刷量断面法测算为31.46亿m3,显著高于输沙量法的8.99亿m3,结合枯水期水位下降规律得到河槽冲刷量来判别,断面法结果更具合理性;流域减沙总量达84.95亿m3,不考虑中下游人类活动影响,流域拦(减)沙量与下游冲刷量比值为1∶0.48,这与典型已建水库的规律基本相符,其中三峡水库淤积量引起长江中下游河道冲刷量约为10.74亿m3。
水库修建后下泄水流的含沙量大幅减少,泥沙沿程恢复引起下游河道冲刷调整,可能会给下游防洪、水资源利用及水生态环境等方面带来一定影响,同时该研究也是河流泥沙动力学的难点之一。从泥沙恢复特征和理论研究2个方面归纳总结了现有研究成果,得到以下认识:①不同水库下游河道泥沙恢复过程呈现较大差异性,对下游河道泥沙恢复规律认识也不尽相同,其中粗、细泥沙沿程恢复过程中是否存在相互交换仍缺乏一致认可的观点;②泥沙恢复饱和系数的经验计算结果与实际资料具有较高的吻合度,但受限于实测资料的差异性,经验公式的适用范围受限,且其物理意义、计算表达式及取值等尚未形成统一认识;③在泥沙恢复饱和系数重要影响因素的研究中,关于平衡输沙含沙量垂线分布的成果较为丰富,其主要难点集中于次饱和水流条件下泥沙浓度的垂线分布,一些关键参数如非饱和系数c、加权系数$\mu $、底部含沙量Sb等计算取值仍未得到较好的解决。鉴于当前研究不足,未来可从以下方面推进研究:①加强原型观测,尤其应强化含沙量垂线分布的专题观测,利用人工智能等先进技术对观测数据进行整合与分析,为后续深入研究提供数据支撑;②利用先进精密的测量仪器,深入开展相关水槽试验,为理论研究提供精确、全面且系统的观测资料,推动相关理论关键参数的突破;③结合实测资料分析及水槽试验研究,深入研究泥沙沿程恢复的基础理论,并深化次饱和水流含沙量垂线分布等方向的研究。
为支撑乌东德水库实际调度排沙,建立乌东德水库干支流河道一维非恒定流水沙数学模型,利用蓄水后实测资料验证模型的可行性,继而模拟乌东德水库蓄水运用初期典型水沙过程的排沙特性。结果表明:7—8月份,乌东德水库在入库水量较大时均具有较强的排沙能力,水库具备利用大水排沙的有利条件;受入库沙量大幅减小影响,7—8月份乌东德水库变动回水区泥沙淤积量及占比均相对较小,水库具备开展优化调度的有利条件;汛期(7月份),来水较大时库水位>965 m后,变动回水区淤积占比开始逐步增加但淤积量很小,来水较小时变动回水区淤积规律类似,但对应临界库水位为960 m;蓄水期(8月份),来水较大时起蓄水位抬高对变动回水区淤积量及占比影响很小,来水较小时变动回水区淤积占比会随起蓄水位抬高而相应增大,但淤积量仍较小。研究成果可为水库优化调度提供参考。
塔里木河中游河道冲淤演变是影响流域水资源安全的关键因素。为明晰不同来水条件对河道形态的影响,根据实测地形资料,建立塔里木河中游典型河段8.41 km的一二维泥沙输运模型,探讨河道特征断面冲淤演变规律。结果表明:相较流量、含沙量、含沙量日变化量,流量日变化量是影响河道断面深泓点冲淤变化强度的主要水文因素;冲淤过程呈现显著季节性分异,其中,汛后期流量日变化量与深泓点高程日变化量的相关性更好,不同时段对河道主槽演变调整效果排序为汛后期>汛期>汛前中水期>汛前枯水期。研究成果为塔里木河干流中游河道治理、生态修复提供科学依据。
在气候变化与高强度人类活动交互作用下,吉泰盆地水文干旱演变机制呈现显著阶段性差异。基于1959—2023年数据,通过Pettitt检验划分基准期、过渡期和变化期,结合改进的两参数月水量平衡模型,剖析不同阶段干旱特征及多种驱动要素的差异化影响。结果表明:蜀水、乌江、同江典型流域在1980年、2008年前后产流机制发生转折,径流系数α 在过渡期显著增加后,变化期回落。过渡期干旱烈度和历时较基准期明显下降,变化期则反弹,3个典型流域平均干旱烈度较过渡期分别增加46.2%、26.9%和25.9%。夏秋高温少雨是吉泰盆地水文干旱的重要驱动因素,其与干旱烈度的敏感性较强,期间降水每减少10%,干旱烈度值增加0.14~0.23,存在边际递减效应。然而,与基准期相比,变化期人类活动影响占主导作用,其导致径流深和干旱烈度变化幅度超过气候变化因素。研究构建的多阶段驱动因子量化方法,揭示了不同要素对水文干旱烈度的非线性调控作用,可为吉泰盆地干旱预警及长期趋势预测提供参考。
金沙江下游梯级水库群(简称“金下梯级”)的运行显著改变了三峡水库入库洪水特征,对现有防洪调度适配性提出新要求。厘清入库洪水的演变规律及其对库区洪峰传播的影响,是优化防洪调度、保障水库安全的关键。然而,现有聚焦三峡入库洪水特性的变化研究相对较少,同时库区内洪峰传播影响因素多集中于洪峰流量和坝前水位,忽略了洪水时间尺度的差异对库区内洪峰传播的影响。基于2003—2020年三峡水库实测水文及地形数据,采用数理统计与一维水流数学模型结合的方法,研究了金下梯级蓄水前后三峡入库洪水特性变化及库区洪峰传播规律。结果表明,金下梯级运行可显著削减入库洪峰,且对洪水过程的坦化效应使得洪水历时显著延长。洪峰流量低、洪涨历时长、洪落历时短、坝前水位高时,洪峰传播速度更快。研究成果可为长江上游梯级水库群的精细化防洪调度和长江洪水风险管理提供科学支撑。
汉江流域是南水北调中线工程的核心水源区,其径流变化对供水安全与区域可持续发展具有重要意义。为探究汉江流域径流时空分布特点及气候变化与人类活动对汉江上、中、下游径流演变的影响程度,采用线性倾向估计法、滑动平均法、R/S分析法、累积距平法、Mann-Kendall趋势检验法、滑动t检验法等统计方法辨识水文要素演变规律,基于分布式新安江模型模拟并还原天然径流,定量与定性分析气候变化与人类活动对径流演变的影响。结果表明:1959—2019年汉江上游降水量总体呈下降趋势,变化率为-0.59 mm/a,中、下游降水总体呈上升趋势,变化率分别为0.24、0.05 mm/a;上中下游气温相差不大;径流量年际变化大,在1990年发生突变,下游仙桃站径流的下降幅度明显大于中游黄家港站和上游石泉站。气候变化使石泉站径流深减少75.97 mm,贡献率为59.98%;人类活动使黄家港站、仙桃站径流深分别减少83.32、78.45 mm,贡献率分别为54.89%、77.20%。人类活动对径流演变的影响逐渐增强,越靠近下游,影响越显著。研究成果可为汉江流域水资源开发利用、流域规划发展提供参考。
适宜的水动力条件是四大家鱼亲鱼集群产卵的关键生态基础。为明确宜昌江段四大家鱼亲鱼集群的适宜生态流量,提出了亲鱼集群的水动力适宜性曲线,并构建了产卵场三维水动力模型和物理栖息地模型(PHABSIM)。通过模拟三峡水库不同出库流量下四大家鱼集群栖息地加权可利用体积(WUV),定量评估了四大家鱼集群生境的空间响应特征。结果表明:宜昌江段四大家鱼亲鱼集群的WUV随着流量增加呈先增大再缓慢减小的趋势,当出库流量为14 000 m3/s时WUV达到最大,占研究河段总体积(PUV)的71.7%;促进宜昌江段四大家鱼集群的三峡水库生态调度出库流量应维持为10 000~20 000 m3/s,最优出库流量为12 000~16 000 m3/s。研究成果可为三峡水库精准实施针对四大家鱼集群等关键生活史的生态水利过程调控、提升水库生态效益提供科学依据。
研究不同尺度景观背景对地表水水质的影响对流域生态系统的管理及水质提升具有重要意义。以丹江口库区石板河小流域为研究区,研究了子流域、100 m圆形缓冲区、200 m圆形缓冲区、100 m河流缓冲区和200 m河流缓冲区尺度下景观背景对河流水质的影响,探讨了景观背景对地表水水质的作用机制。结果表明,石板河小流域地表水的总氮(TN)和硝态氮(
红壤区生态保护修复对于我国国土生态安全建设具有重要意义,针对喷混植生技术使用水泥作为固化剂导致的环境污染、降解难度大、植物生长受限等问题,以南方某输变电工程红壤边坡为对象,以海藻多糖为固化剂替代水泥,加入玉米纤维、保水剂和生态肥料以提高基材生态恢复性能,开展室内模拟降雨试验,分析不同基材对初始产流时间、产流产沙过程和水动力参数的影响,最终选出一组最优基材。结果表明:相较于裸坡,基材坡面的初始产流时间显著缩短;产流率显著增加,排水效益达16.35%~52.73%,产沙率显著降低,保土效益达97.33%~98.31%;随着降雨历时的增大,产流率和产沙率均呈现先增加后趋于稳定的趋势,2号基材坡面的产流率高于1号和3号基材,各基材坡面产沙率之间的差异较小;基材坡面的产流率与产沙率均与径流剪切力显著相关(p<0.05),随着径流剪切力的增加,基材坡面的产流率和产沙率均呈现出一定的线性增大现象;鉴于2号基材在抗侵蚀方面的良好效果,建议选作工程应用基材,海藻多糖、纤维、肥料、保水剂配比为1%∶0.8%∶3%∶0.9%。研究结果可为类似工程边坡防护提供新的材料与技术支撑,促进绿色工程建设和水土保持高质量发展。
为了解汾河下游河岸带土壤中重金属的污染特征及污染来源,选取汾河下游8个断面32个土壤样品作为研究对象,分析重金属含量及分布特征,利用单因子污染指数法和潜在生态风险指数法评价重金属污染程度及潜在生态风险,通过主成分分析(PCA)和正定矩阵因子分析法(PMF)对重金属的污染源进行解析。结果表明:汾河下游河岸带土壤重金属含量整体偏低,Cu、Zn和Cr含量未超出山西省重金属背景值,但Pb和Hg的含量分别是背景值的1.3倍和2.6倍;土壤中重金属整体生态风险较低,只有部分土壤样品中Hg和Pb分别处于中度-重度、中度生态风险水平,Pb和Hg可能会对当地的生态环境带来危害,是重金属管控的重点。根据重金属污染源解析结果可知,Cr受到人类活动影响较小,其含量变化可能因土壤母质和地质活动造成;Hg污染主要来源为工业生产;Cu的污染来源有工业生产和农业活动及交通运输;Zn和Pb具有同源性,主要受到工矿企业生产、农业活动和交通运输的影响。
鄱阳湖洪泛湿地生态系统在调节长江流域水文、维系生物多样性等方面具有不可替代的作用,但受气候变化与人类活动复合影响导致湿地水质退化、植被群落结构劣化等问题凸显,亟待开展系统性研究。基于综合水质指数、Pinkas相对重要性指数等方法,在典型洪泛湿地选取6个监测点位,系统分析湿地生态时空分异特征。研究表明:①水质时空分异显著,水质污染物时间上呈现“丰水期稀释-枯水期富集”、空间上呈现“中部劣、上下部优”规律,整体水质均达到“好”程度;土地利用格局变化引发枯水期水质劣化、西部农田扩张与水质劣变区空间耦合。②2024年植被覆盖度较2023年增长38%,但高密度植被区消失,中值区缩减12.7%,底栖动物物种受到人类活动与水文期的复合影响。③鄱阳湖洪泛湿地存在水质污染失衡、生物群落结构退化与生态功能衰减、土地利用冲突与生态功能失衡3个问题。
以面积辽阔、降水测站稀疏的怒江贡山站以上流域为例,探索利用再分析数据解决具有较少测站资料地区设计暴雨计算难题的路径。首先,评估了中国区域地面气象要素驱动数据集(CMFD)、第5代再分析数据集ERA5、多源加权集合降水(MSWEP)3种再分析产品在该流域的精度。基于最优的CMFD,提取全流域网格尺度年最大不同历时暴雨系列,采用拟合优度指标选取最优分布函数,计算了5%频率下的设计暴雨值。与以往仅根据稀疏的地面测站资料推求设计暴雨相比,该研究不仅更好地揭示了怒江流域设计暴雨的空间分布,还识别出了3个设计暴雨高值区;其中贡山站附近的设计暴雨高值区已由实测资料验证了可靠性,另外2处潜在设计暴雨高值区有待进一步验证。研究成果对当地的工程规划设计与水灾害防治提供了参考,也可为雨量站点资料匮乏地区设计暴雨计算提供借鉴。
为适应现代化水库运行管理矩阵建设需求,进一步提升丹江口水库洪水预报预警能力,推动洪水预演可视化、预案精准化,基于MIKE和GIS软件,模拟了7种情景丹江口水库超标准泄洪时下游洪水演进情况,分析了不同情景下游区域洪水的到达时间及洪峰出现时间,对比了洪峰水位、洪峰水量与典型断面设计水位、最大允许流量的关系,研究了不同情景下游区域淹没范围和淹没深度。结果显示:工程调蓄作用下,襄阳及其上游的洪水均在2~10 h内到达,宜城至沙洋段洪水在10~24 h内到达,仙桃地区洪水约在2 d后出现,各典型断面洪峰出现时间均超过68 h;混凝土坝溃坝工况下,近坝山区的洪水漫延规律与调蓄情景相似,平原地区的洪水演进速度整体上比工程调控情景慢3 h以上;突发超标准来水土坝溃坝工况,钟祥以上区域的洪水和洪峰分别在12 h和18 h内到达,钟祥以下区域的洪水和洪峰则分别在13 h和31 h后到达;丹江至宜城河段有较多漫堤险情。校核洪水、设计洪水、混凝土坝死水位溃坝和混凝土坝加高部分溃坝工况下,坝址至襄阳樊城大部分区域淹没深度为16~20 m,天门下游淹没深度<3 m;特大洪水土石全溃工况,坝址至襄阳樊城区淹没深度约为35 m,丹江口河段淹没深度>50 m;沙洋县洪水倒灌致潜江市>70%区域被淹,整体淹没深度≤2 m。研究成果为丹江口水库大坝安全管理应急预编制,洪水预演可视化和现代化水库运行管理矩阵建设提供了有力支撑。
目前拦河闸折线型低实用堰堰流淹没界限判别、淹没系数计算方法尚不完善。基于堰高T≤2.0 m及不同T与堰顶长度δ之比T/δ的拦河闸折线型低实用堰泄流能力试验,研究折线型低实用堰堰流淹没界限判别和淹没系数计算,提出相应的判别标准和计算方法。结果表明:①折线型低实用堰堰流临界淹没界限小于宽顶堰堰流临界淹没界限,并随T、T/δ的增大而减小;②在同一淹没度hs/H0条件下,折线型低实用堰淹没系数σ小于宽顶堰淹没系数σ0,并随T、T/δ、hs/H0的增大,两者的相对误差η绝对值增大;③在hs/H0≤0.96条件下,获得了σ修正系数的计算方法。研究成果得到了相关工程模型试验验证,可供类似工程设计参考。
水利工程阻隔了鱼类洄游通道,使鱼类下行受到影响。为保障鱼类安全有效下行,掌握鱼类下行行为特征及水动力需求是下行过鱼通道设计的基础和关键。通过对比国内外下行目标鱼类特点,梳理了主要下行鱼类的行为特征;归纳了目标鱼类下行对水动力条件响应的研究成果,总结了鱼类安全高效下行所需的水动力条件;进一步分析了过鱼旁路、水轮机、集运鱼系统等下行过鱼通道设计时,对鱼类下行水动力需求的考虑及相应的改进措施。目前国内外多以幼鱼为研究对象,以原位试验与室内试验为主、数值模拟为辅的技术手段,探索鱼类下行对水动力条件的偏好。未来可围绕鱼类下行特点、下行行为方式转换机制及安全下行的水动力条件,开展成鱼及不同鱼种的深入研究,建立鱼类安全下行的水动力需求数据库,加强下行过鱼通道的设计及过鱼效果的监测与评估,促进水利工程与鱼类保护的协同发展。
为探究强潮河口弯道的环流规律,并评估SCHISM模型在该类复杂水流模拟中的适用性与计算效率,基于SCHISM建立钱塘江河口闻家堰河段三维水动力数学模型,模拟洪水期及潮水期弯道的纵向流速、水位横比降及环流强度的时空分布,并分析模型计算效率。SCHISM对强潮河口弯道水流模拟具有较好的适用性和高效性;弯道横比降在涨潮期变化剧烈且存在双峰现象,落潮期变化相对平缓,最大横比降远小于涨潮期;环流强度空间分布呈弯顶大、两端小的特征;一般情况下弯道横比降和环流强度主要由潮水控制。SCHISM可有效模拟强潮河口复杂弯道环流特性。研究成果可为类似河口弯道的防洪与治理提供参考。
密度计法试验精度及效率较低,无法满足对细粒土颗粒级配曲线的精准测定需求,以尼龙布为筛网的湿筛析法为解决这一问题提供了科学合理的技术手段。通过改造标准检验筛,提出一种全新的湿筛析试验方法,并以甘肃兰州细粒黄土为研究对象,对该试验方法中涉及的关键试验指标进行了探索,初步得到了关键试验指标建议值;针对所得到不同粒组的黄土颗粒,开展扫描电镜试验的颗粒微观形貌研究及粒度分布对比分析,证明了所提出湿筛析方法的适宜性。在此基础上,开展全级配条件和不同粒组条件下的密度计法和湿筛析法试验的对比研究。结果表明:所提出的湿筛析法可以实现对不同粒组黄土颗粒的物理分离,其在测定细粒黄土颗粒级配方面是合理的;通过该方法测得的细粒黄土中的黏粒含量远高于密度计法测试的结果,以往传统密度计法得到的黏粒含量结果偏低。研究成果可为土工精确测试提供有益的参考。
为了探究能兼顾计算效率与力学合理性的爆破块度的精细化数值仿真方法,首先比较了不同类型方法在爆破块度预测方面的优劣与工程适应性,并通过开展现场试验揭示爆破块度的形成特性,并阐明不同级配范围内的爆破块度数值模拟方法选择必要性,进而提出一种基于LS-DYNA+DDA耦合的连续-非连续爆破块度数值模拟方法。在炮孔近区采用基于LS-DYNA的连续介质数值模拟,提高粉碎区计算效率,中远区采用基于DDA的非连续方法进行模拟,实现爆破块度的非连续表征,并比选了将应力和速度分量作为耦合参量的准确性。最后基于舟山绿色石化矿山的开采爆破实践,对耦合方法进行了验证,结果表明:小粒径块度主要集中于炮孔附近很小的范围内,使用连续方法可以高效地模拟小粒径块度的分布;采用DDA方法模拟中大粒径块度的破碎更加合理,采用峰值速度作为不同方法之间的耦合分量可以减少计算传递时的压力亏损;所提的新方法预测爆破块度的准确性有所提高,在兼顾爆破块度力学机理的合理性和计算效率方面有其优越性。研究成果对于工程技术人员在爆破块度的精细化数值仿真方面有一定参考价值。
土体渗透系数是量化流体在土壤中渗透能力的关键参数,能直接影响边坡稳定性分析、地基处理及防渗工程设计。当前,粗粒土渗透系数能基于一些常规参数准确估算,而黏性土在这方面的研究相对缺乏。传统的柯森-卡门方程为粗粒土渗透系数估算提供了有效途径,但在黏性土渗透系数预测上表现不佳。基于此,利用统计方法,结合土体液限构建土体总孔隙比与有效孔隙比的关系,进而对柯森-卡门方程进行改进,得到了适用于黏性土的渗透系数计算方法。选用大量黏性土的相关参数,分别利用原方程及改进方程对黏性土渗透系数进行计算,并与实测值进行对比。研究结果表明,传统的柯森-卡门方程的预测可靠度为56.2%,柯森-卡门改进方程的预测可靠度高达81.9%,相比于原方程精度提高了25.7%。孔隙比和液限是影响黏性土渗透系数预测结果的关键参数。黏土矿物类型对建立的计算模型性能影响不大,建立的计算模型对渗透系数实测值在10-9、10-10 m/s数量级的预测效果具有更好的适用性。提出的柯森-卡门改进方程能为岩土工程实践中黏性土渗透系数的估算提供可靠的理论参考。
探究地应力环境下碎裂花岗岩的软化特征对地下软岩工程的建设和服役具有重要的意义。通过自主研发的TAXW-5000多场耦合真三轴模拟系统开展了不同最小主应力条件下碎裂花岗岩的真三轴压缩试验,分析了不同最小主应力对碎裂花岗岩的力学特性和软化扩容特征的影响。研究结果表明:最小主应力从1 MPa增大至10 MPa,碎裂花岗岩的峰值应力从48.98 MPa增加至80.42 MPa,残余应力从27.17 MPa增加至75.67 MPa,且峰值应力和残余应力均与最小主应力满足线性相关关系;碎裂花岗岩的软化模量与最小主应力之间满足负相关关系。随着最小主应力的增大,碎裂花岗岩软化阶段的剪胀扩容系数减小,碎裂花岗岩的变形特征由脆性破坏向延性破坏转变。而残余阶段剪胀扩容系数整体较大,且随着最小主应力的增大,表现出先增大后减小的变化趋势。研究结果将为地下软岩工程的建设和服役安全提供重要的试验和理论支撑。
在真空预压处理疏浚淤泥时,免滤膜秸秆排水体(NSD)具有无需滤膜和防淤堵的优势,应用前景良好。然而,目前秸秆滤层的渗透特性及其孔隙特征尚不清楚,影响了其推广运用。通过室内渗透试验,探究了免滤膜秸秆排水体滤层的渗透系数随真空预压时间、滤层厚度及疏浚淤泥初始含水率变化的规律,并结合CT扫描进一步探讨了不同处理条件下,免滤膜秸秆排水体孔隙结构演化对其渗透特性的影响。结果表明:①初始NSD内部存在纵横连通的缝隙排水通道,这些通道通过连接孔隙构成连续的渗流网络,使NSD具有优越的渗透性能。其中空隙占NSD总体积的31.42%,缝隙结构体积是孔隙结构体积的14倍。②秸秆滤层在渗透性能上优于传统土工织物滤膜。自反滤层-免滤膜秸秆排水体(NSD-Reverse,NSD-R)反滤体系的渗透系数随真空预压时间增长先快速下降后趋于稳定,在30 min后稳定在10-5 cm/s这一数量级,相较于滤膜过滤黏土的反滤体系渗透系数10-6 cm/s高一个数量级。滤层厚度的增加会导致反滤体系渗透系数减小,疏浚淤泥初始含水率较高的NSD-R反滤体系渗透系数较大。③真空预压时间增长使NSD-R反滤体系中的秸秆滤层空隙结构发生变化。随着真空预压时间的增长,NSD滤层空隙率迅速下降,厘米级缝隙结构占比明显减少,有效阻断细颗粒连续迁移,随后毫米级孔隙结构增多,既提升了保土性能,又确保了透水效率,从而实现了“保土-透水”功能的平衡。
为改善植被混凝土在高寒地区抗冻性能不足的问题,通过单向冻融试验系统探究了土质类型(砂土、黏性土)与生物炭掺量(0%、0.5%、1%、2%)对植被混凝土冻融特性的耦合影响规律。试验结果表明:①与黏性土配制的植被混凝土(VC-CS)相比,砂土配制的植被混凝土(VC-SS)在冻结后的中心点温度、冻胀量以及冻融周期内的水分迁移量均更低;VC-SS试样的冻结中心温度较VC-CS试样低0.2~1.8 ℃,冻胀量减少5.6~7.0 mm,水分迁移量降低0.2%~1.3%。②随着生物炭掺量的增加,无论是黏性土还是砂土配制的植被混凝土,其冻结后的中心点温度、冻胀量以及冻融过程中的水分迁移量均呈现出先下降后上升的趋势;特别地,当生物炭掺量达到0.5%时,相较于对照组,其中心点温度降幅达6%~31%,冻胀量降幅为2.3%~2.5%,水分迁移量降幅达0.2%~0.6%。综合表明,采用较低细粒含量的砂土复合0.5%生物炭掺量,可显著提升植被混凝土抗冻融性能,为高寒地区植被混凝土的优化提供重要参考。
为研究养护龄期对风积沙混凝土孔结构的影响,采用不同掺量的风积沙替代河砂制备风积沙混凝土,探究风积沙掺量及养护龄期对其孔结构及强度发展的影响规律。试验以抗压强度作为宏观指标,对不同掺量不同龄期风积沙混凝土进行测量,微观方面通过NMR分析了风积沙混凝土内部孔隙结构,并利用SEM观察其内部微观结构变化。结果表明,随着养护龄期的增加,混凝土内部孔隙率逐渐降低,抗压强度呈现增长的趋势。相同养护龄期下随着风积沙掺量的增加,混凝土的抗压强度先增加后减少,风积沙掺量为25%时提升效果最好,28 d龄期时抗压强度分别为ASC-0组、ASC-50组、ASC-75组和ASC-100组的1.02、1.08、1.11和1.19倍。通过灰色关联分析发现束缚流体饱和度、无害孔占比与风积沙混凝土抗压强度关联度较高,建立的GM(1,3)模型可预测不同养护龄期下风积沙混凝土的抗压强度。
针对钢渣自身水化活性偏低,易导致钢渣混凝土早期强度劣化的实际问题,研究合成聚羧酸盐分散剂(PCE)改性水化硅酸钙(C-S-H)纳米复合材料(C-S-H/PCE),表征分析该复合材料的微观结构,剖析其在钢渣胶凝体系中的协同作用机制,并探究不同掺量对钢渣水泥砂浆早期核心性能的影响规律。试验结果表明:C-S-H/PCE可显著加快钢渣水泥砂浆的凝结硬化进程,砂浆凝结时间随复合材料掺量增加呈线性递减趋势;该纳米复合材料可有效提升浆体抗压强度、细化浆体内部孔隙结构,对1 d龄期内砂浆早期性能强化效果尤为突出;此外,C-S-H/PCE可有效激发胶凝体系早期水化反应、提升整体早期水化程度;其不仅能诱导水泥基体生成更多水化产物、加速全体系水化进程,且水化产物种类未发生改变,保障了胶凝材料性能的稳定性与可控性,为钢渣水泥砂浆的性能优化及钢渣资源化高效利用提供了全新技术路径。
为研究单掺钢纤维及混掺钢-聚乙烯醇(PVA)纤维对超高性能混凝土(UHPC)断裂性能的影响,设计11组梁试件,包括1组未掺入纤维的对照组、5组单掺钢纤维试件和5组混掺钢-PVA纤维试件,进行断裂试验。基于荷载(P)-裂缝开口位移(CMOD)曲线,获取了弯曲强度、双K断裂韧度及断裂能等。研究表明:钢纤维掺量显著改善UHPC的韧性和延性,使其由脆性破坏转变为延性破坏,并且P-CMOD曲线出现“二次强化”现象,尤其当钢纤维掺量>1.5%时,起裂荷载和峰值荷载有较为明显的提升;掺入PVA后,钢-PVA纤维UHPC的起裂韧度、失稳韧度及断裂能均有不同程度的提高;当纤维总体积掺量为2.5%时,以20%的PVA纤维取代钢纤维,实现了断裂性能与成本的综合优化。基于扩展有限元法所提出的数值模拟和实测的P-CMOD曲线与破坏形态较为吻合,可为混掺纤维增强UHPC的设计提供参考。
21世纪以来,长江流域水生态健康问题已成为全球环境科学领域的研究焦点,通过文献计量学与知识图谱方法,系统分析2000—2024年Web of Science核心合集(WoSCC)数据库(561篇)及中国知网(CNKI)数据库(364篇)中长江流域水生态健康评价相关研究文献。采用VOSviewer和CiteSpace软件解析研究热点聚类及突现词演变规律,结果表明:①研究发展呈现三阶段特征,早期年均发文量不足10篇,中期在政策驱动下年发文量逐渐增长,2017年后年发文量急速增长,这与长江流域生态保护政策实施呈现显著耦合特征;②WoSCC研究聚焦污染驱动的生态风险评估机制研究,CNKI研究侧重评价方法创新及生物完整性阈值诊断,二者分别着重关注微观机理与宏观管理;③新时期研究重点向水生态系统多维度综合评估拓展,支撑流域健康精准评价,推动“十四五”河湖管理目标向“水生态系统健康评价”的根本性转变。研究结果可为长江流域水生态健康研究提供科学支撑。
